Snow interaction with UV irradiation from the sun : a field analysis and laboratory Raman spectroscopy study

The aim of this thesis is the analysis of snow with Raman spectroscopy both in laboratory and on field with the purpose of studying the effect of solar and UV radiation on snow samples. To operate on field a thermally insulated box (whose purpose is to keep the laser and the spectrometer at an operative temperature higher than the outdoor temperature, at which the instrument cannot be used) was constructed and tested inside a climatic chamber. Two campaign of measurements were conducted at Gressoney (Lys valley) where Raman spectra were collected on snowpack surface and some centimetres in depth. On-field samples were analysed both on Sun-irradiated and non-irradiated snowfields. Samples with different solar irradiation histories, were collected and analysed in WIBIDI lab (Milan) through Raman spectroscopy and under a stereo-microscope. Looking at the relative intensity of the Raman spectra of snow samples, differences in the OH-stretching region of the Ice Ih were found between pristine and Sun-irradiated samples. UV irradiation was performed in the lab on non-irradiated samples and the same differences in the Raman spectra emerged. Benchmark UV irradiation experiments were conducted also on ice samples. The collected data suggests that the exposure of snow to UV light cause a change of its morphological, optical and structural properties at the molecular level.

Lo scopo di questa tesi è l'analisi della neve tramite spettroscopia Raman, sia in laboratorio che sul campo, con lo scopo di studiare l'effetto della radiazione solare e UV su campioni di neve. Per effettuare misure Raman sul campo, un apposito contenitore isolato termicamente (il cui scopo è quello di mantenere il laser e lo spettrometro ad una temperatura operativa superiore alla temperatura esterna, alla quale la strumentazione non può essere utilizzata) è stato costruito e testato, all'interno di una camera climatica. Sono state effettuate due campagne di misure a Gressoney (valle del Lys), dove sono stati misurati gli spettri Raman del manto nevoso sia in superficie, sia alcuni centimetri in profondità. Sul campo sono stati acquisiti spettri Raman sia su neve irraggiata dal sole che non irraggiata. Sono stati prelevati alcuni campioni di neve che hanno subito diverse modalità di irraggiamento solare, e analizzati in laboratorio, WIBIDI (Milano), tramite spettroscopia Raman e con uno stereomicroscopio. Analizzando l'intensità relativa degli spettri Raman nella regione degli OHstretching del Ghiaccio Ih, sono emerse alcune differenze tra campioni di neve che hanno subito irraggiamento solare e quelli che sono rimasti in ombra. In laboratorio è stato effettuato irraggiamento UV su campioni di neve non irraggiati dal sole e sono emerse le stesse differenze negli spettri Raman. Sono stati effettuati esperimenti di irraggiamento UV anche su campioni di ghiaccio di riferimento. I dati suggeriscono che l'esposizione della neve alla luce UV provoca un cambiamento delle proprietà morfologiche, ottiche e strutturali a livello molecolare.